[发明专利]一种提取荒漠植被根系优先水流运动过程的方法

说明书

本发明涉及一种提取荒漠植被根系优先水流运动过程的方法，属于生态水文学领域，包括：染色图像采集，染色图像标记，染色图像校正，染色图像裁剪，设置每张图像阈值的上下限；对图像进行阈值分割，将每张图像分割为染色区和非染色区得到二值化图像，将二值化图像的整个区域进行矩形等分网格划分，形成Shp文件，统计图像每个矩形网格中黑白属性值的个数，计算优先水流运动特征参数，将计算得到的优先水流运动特征参数值添加到相应含坐标的染色黑白图像中，按照时间顺序重新组合，以视频形式显示优先水流的运动全过程。本方法简便，可操作性强，可以重建荒漠植被根系优先水流运动过程和特征参数的变化过程。

技术领域

本发明涉及一种提取荒漠植被根系优先水流运动过程的方法，属于生态水文学领域。

背景技术

根系是荒漠植被生长的水分、养分来源,在生态系统生态学及全球变化研究中备受关注，根系的空间分布特征影响着荒漠生态系统的水分平衡和矿质元素的生物地球化学循环。干旱区灌木植被根系在荒漠生态水文效应方面有重要的贡献作用，一方面通过“生物钻孔”的方式使得土壤变得松散，形成根—土间隙；二是易腐烂的根系形成管状空腔，这些根系孔隙，提高了土壤的孔隙率，增强了灌丛植被根区附近土壤的导水能力，促进土壤水分优先入渗，减少地表径流及其侵蚀过程。

在干旱荒漠区，根系孔隙的存在改变了灌丛附近土壤水分时空分布，影响着干旱区深层水分补给过程。灌木植被冠层对降雨进行了重新分配，冠层截留形成的茎流使降雨汇集于灌丛基部，通过根系孔隙作用优先到达土壤深处，此过程成为干旱区植物水分、养分的重要来源。固沙植物冠幅下方的土壤水分、养分较高，有利于干旱区种子定居和萌发，影响着荒漠植被分布和组成。因此需要认识荒漠植被根系优先水流的运动过程，其为干旱区土壤水分补给提供了优先通道，对促进干旱区斑块化植被恢复格局有重要的现实意义。目前关于荒漠植被根系优先水流的运动过程监测较难，通常采用土壤水分观测反演优先水流运动，观测过程不连续，且研究结果精度低。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提取荒漠植被根系优先水流运动过程的方法。该方法简便，可操作性强，可以重建荒漠植被根系优先水流运动过程和特征参数的变化过程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提取荒漠植被根系优先水流运动过程的方法，包括以下步骤：

步骤1，染色图像采集：在荒漠灌丛根区进行染色示踪试验，试验结束后，开挖土壤剖面获取连续性的染色图像数据；

步骤2：染色图像标记：将在不同时间点获取的连续性染色图像进行时间标记；

步骤3：图像校正：对获得的扭曲染色图像进行几何校正；

步骤4：图像裁剪：裁剪染色图像的中心研究区域；

步骤5：阈值设置：通过图像全局目视解译，设定每张图像阈值的上下限；

步骤6：图像二值化：对图像进行阈值分割，将每张图像分割为染色区和非染色区得到二值化图像；

步骤7：图像网格化：将二值化图像的整个区域进行矩形等分网格划分，形成Shp文件；

步骤8：图像属性统计：统计图像每个矩形网格中黑白属性值的个数；

步骤9：计算优先水流运动特征参数，得到土壤剖面染色百分比、基质流入渗深度、优先流比例、长度指数和优先流运移值；

步骤10：组合重建植被根系优先水流的运动过程：将步骤9计算得到的优先水流运动特征参数值添加到相应含坐标的染色黑白图像中，按照时间顺序重新组合，以视频形式显示优先水流的运动全过程。

进一步的，步骤1中染色示踪试验结束后，垂向开挖土壤剖面，每隔12h，剖面间隔20cm，逐次挖取并铲平垂直土壤染色剖面，使用相机拍照记录此刻水流染色图像，依次进行拍照，直到48h。